DE2114625C3 - HeiBgasmotor - Google Patents

Description

^hoherer

zwichen ?e7genan;in Räu SS

Regenerator und ein ErhuzlTeSnH¹¹¹ Ι"' Γ Erhitzer durch eine Anzahl in ?t 7 ΓΛ um einen Raum Sr Verbrennen« ^Zylmderf?^rm ter und sich iiiwesemJ chen Zff* ^a"|^e°^rdneachse erstreckende R_ohre"^SS Lf"" ^T abwechselnd ersten undwehenRoh ρ ^mit,^jewei'^s die ersten RohrP _m ,/ Rohren, wobei sich

general anschließ „ Zd ^, ^ T ^ ^ mit den zweite^^ RohrLTn oSe VedSdun, h bi die letzterer i h-h ^Verwndung

hitzerröhren entlang, indem sie an diese Rohre Wärme abgeben. Bei demjenigen Teil des Erhitzers, der durch ^{die sich} P^ara"^eI zueinander erstreckenden Teile der ersten und zweiten Rohre gebildet wird, strömen die Vw brennungsgase durch die engen Durchgänge zwL^n" ^{diesen Rohren}- ^{so daß cine} S^ute Wärmeübertragung ^{gewähdeistet ist}- ^{An dt}'^{r SteIle}· ^w° ^die reiten R.hrf einwärts abbiegen, iind infolge dieser Abbiegung-,_wi

^SChe" ^de" ^{erSten U}"^{d de}" ^2W£*^{en Rohren ΖΙ}* ^₀- '° f ^{Durchgänge vorha}^ⁿ· *" Teil der heißen Verbrennungsgase strömt durch d.ese Durchgänge, ohne ^{daß Me a}" ^{die die großen Durch}gänge bildenden Teile ^{der ersten und 2weiten Rohre} Wärme abgeben. Der ^voriieS^{enden Erfindun}S ^li^ die Aufgabe zugrunde ^e[^ne" ^Heißg^{asmotor zu schaff}^· b« dem die Oberfläehe der Erhitzerrohre, die auf wirksame Weise «,r ^Wa--bertragung bekrägt, wesentlich vergaßen £ _K ^"T* ^i ^^""^emäße Heißgasmotor das Kennzeichen auf, daß an der Stelle, wo die zweiten

durch gekennzei !™ ™ dalit de kteil wo die zweiten Rohre <m _aus dem ZviSp wärts abbiegen. zwischen denAbbiegenden Rnh T' len und der!betreffenden Teifen de?^Ji henden ersten Rohre (16) ein sch querf u Ζνίη"Γ" achse erstreckendes nn^örm^B^nU^!«' geordnet ist. das mit einer Anzahl Au^nehSa versehen ist. die die Benannt™ τ? 7,^USnehmungen zweiten Rohre (16 bS _{18) νεη}2ί_η T Τ"™ ^ Spielraum umgibenTo daVzw fcTen'AS mungswänden und den betreffenden spaltförmige Strömungskanl e ü,^ V gase vorhanden sind

5L Τ ^{Zylinder einWänS abbiegen}· ^Zwische" .^de" ^abbiege"^de" Rohrteilen und den betreffenden Tei-

der geradeausgehenden ersten Rohre ein s,ch quer ™ ^Zy]\^nderzch^ erstreckendes ringförmiges Element angeordnet ,st das mit einer Anzahl Ausnehmungen

^vm?^um*': ^weIche.^{die genannten} ™* der ersten und ^*™ fa ^{Wenigstens teiIweise mit} Spielraum um5' ΐ' ^$° ^{daß zwlschen den} Ausnehmungswänden und den betreffenden Rohrteilen spaltförmige Strömunes^ka"^ä'^{C f}°^{r Verbrennu}"^g^e vorhanden sind. ^g

^V^ ^ ^Hngförmige" ^E'e-entes Verbrennungsgase gezwungen, durch die

T Γ^' ^ ^ZWiSChe" ^{diesem Eleme}"t den Teilen der ersten und zweiten Rohre gebildet

des der sih TLTt^Zt an^h feÄ Enden der ersten Rohre eine mit Flossen 'erseEe" Buchse aus wärmeleitendem MateKal angeordnet .st. dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente mit den Büchsen (21) ein Ganzes bilden und demselben Material hergestellt sind

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißgasmotor mit mindestens einem Kompressionsraum m?, ZTn derlichem Volumen und mit niedrigerer mittlrer Tem' peratur und mindestens einem damit verbundene^i eT pansionsraum mit ebenfalls veränderlichem vSmen und «,„höherer mittlerer Temperatur, wobei Ä SÄ "^{2 2WiSChen den genannten} Räumen ein

_fei iSÄSTÄAÄÄr form um einen Raum für Verbrennungsgase angeoS-neter und sich im wesentlichen parallel zur S achse erstreckender Rohre gebildet ist mit jewS ab

«rs?e„^SeR Η⁶"¹⁶" T^{d 2Weiten Rohren}· Ä t IZZ- η° "J'^{1 der einen Seite an} den Regenerator anschließen und mit der anderen Seite mit den Sen

Rohren .η offener Verbindung stehen, wobei dieTetzte ren s.ch über einwärts gebogene Enden an den Ex|„ sionsraum anschließen. ^Xpan

Ein derartiger Heißgasmotor ist beispielsweise aus der bntischen Patentschrift 10 53 052 bekannt

Die Verbrennungsgase strömen dabei an den Er^dM "^"»«or, nimmt der Erhitzer ""-"^i" ^an'^die,⁷⁰⁰°^€ überschreiten kann. Das Γ⁸ Γ"'^ISt ΐ^{ωη einer großen} thermischen ti ϊ"""⁸ "^ ^{JC naCh der Befesti}gu"gsart. thermi- £_Ρ" ^Tnf ί^^aUSgeset2t· ^{üies kann} ™ Schwierig-Jf" .^w!^e R'ßbildung im ringförmigen Element. Undichtigkeit der Erhitzerrohre u. dgl. führen. Um dies zu vermeiden ist bei einer weiteren günstigen Ausfüh^rung _f ^{sforrn des} erfindungsgemäßen Heißgasmotors das _t ^r'^ngfo _f ^rm'g.f ^E'^ement'" eine Anzahl einzelner Segmenf _h ^a"^fgeteilt· ^{Jedes Se}8™" wird nun bei den hohen « ^Er _f ^hltzertemP^erat"'-en eine kleine absolute Ausdehnung ^aufweis^· ^{dle wed}er großen thermischen Spannungen rh ^ "1 ^{dieSeS Segment befesti}g^l ^t. herbei

ΐΐβΤ,Γ H ^ ^- ^{anderen Segmente einen E}i""

^ ^d'^{e Ja} "^{Icht mit diesem} Segment verbunden

^S-en,e können beispielsweise an den ersten ^{Welten Rohr}f" befestigt werden. 9Q μ Τ?"?· ?Λ ^>>Motortechnische Zeitschrift (MTZ)« , '' ' ^' ^S"^{28Sl F}' ^g'¹³' ^beka"nten Heißgas- S^T^ ί" ^^ " ^" ^Regenerator anr· ^ ⁶^" ^R°^{hre eine mit Flos}^n

^ -³^ ^wärmeleite"dem Material anΓ-" ^daTu^{eme gUte} Wärmeübertragung zwi- £ I" " ^{Rohrenden und de}" entlangsthömeriden , ^verbrennungsgasen gewährleistet wird Bei einer wei

'^eren g^ü.^nstig^en Ausführungsform des erfindungsgemäf⁶" ^Heißg^asmo^rs bilden die Segmente mit den Buch-

i** "^ ^ "^ ™* ^demselben Material

Dies bietet den Vorteil daß Büchse und Segment gleichzeitig und zusammen in nur einem Herstellungsprozeß, beispielsweise durch ein Gießverfahren hergestellt werden können und daß die Montage in nur einer Handlung erfolgen kann, was in wirtschaftlicher Hinsieht äußerst interessant ist Zugleich steigt durch die thermische Verbindung zwischen dem Ringsegment und der Büchse im Betrieb des Motors die Temperatur dieses Ringsegments nicht zu s'nrk. was die Gefahr vor Korrosion verringert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

In F i g. la ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder angedeutet, in dem ein Kolben 2 und Verdränger 3 pha· senverschoben bewegbar sind. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind mittels einer Kolbenstange 4 bzw. einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6, der über einen Kühler 7, einen Regenerator 8 und einen Erhitzer 9 mit einem Expansionsraum 10 über dem Verdränger verbunden ist. Der Erhitzer 9 ist durch einen Kranz von Rohren gebildet, die um einen Raum 11 für Verbrennungsgase angeordnet sind. Weiter sind eine Brennervorrichtung 12 mit einem Brenner 13 und einer Zufuhr 14 für Verbrennungsluft sowie einer Abfuhr 15 für Verbrennungsgase vorhanden.

Der Erhitzer 9 besteht aus einer Anzahl erster Rohre 16. die sich einerseits an den Regenerator 8 anschließen und andererseits in einen Ringkanal 17 münden, und einer Anzahl jeweils abwechselnd zwischen Jen ersten Rohren 16 angeordneter zweiter Rohre 18, die den Ringkanal 17 mit dem Expansionsraum 10 verbinden. Der Deutlichkeit halber sind nur zwei Sätze erster und zweiter Rohre dargestellt. Im Betrieb des Heißgasmotors strömen die von der Brennervornchtung 12 herrührenden heißen Verbrennungsgase an den ersten Rohren 16 und den zweiten Rohren 18 entlang und zwar untei Abgabe von Wärme und verlassen den Motor durch die Abfuhr 15. Zwischen den sich vertikal nebeneinander erstreckenden Teilen der ersten Rohre 16 und zweiten Rohre 18 sind enge Durchgänge vorhanden, so daß dort eine gute Wärmeübertragung zwischen den entlangströmenden Verbrennungsgasen und den genannten Rohrteilen gewährleistet ist.

An der Stelle, wo die zweiten Rohre 18 einwärts abbiegen, sind wegen dieser Abbiegung verhältnismäßig große Durchgänge zwischen den sich einwärts erstrekkenden unteren Teilen der zweiten Rohre 18 und den geradeausgehenden unteren Teilen der ersten Rohre 16 vorhanden. Damit auch hier eine gute Wärmeübertragung zwischen den Verbrennungsgasen und den genannten unteren Rohrteilen erhalten wird, ist ein Ring 20 angeordnet, der sich quer zu den sich vertikal erstreckenden ersten Rohren 16 erstreckt und der mit Ausnehmungen versehen ist, welche die unteren Teile der ersten Rohre 16 und zweiten Rohre 18 teilweise und mit Spielraum derart umgeben, daß zwischen den Wänden dieser Ausnehmungen und den genannten Rohrteilen spaltförmige Strömungskanäle für Verbrennungsgase vorhanden sind. Die aus dem Raum 11 herrührenden Verbrennungsgase werden nun gezwungen, durch die spaltförmigen Strömungskanäle zu strömen, wodurch auch bei den unteren Teilen der Rohre 16 und 18 eine gute Wärmeübertragung zwischen Verbrennungsgasen und diesen Rohrteilen gewährleistet ist. Dies ist deutlich in Fig. Ib dargestellt, welche ein er-

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40 stes Rohr 16 und ein zweites Rohr 18 zusammen mit einem Teil des Rings 20 darstellt.

Der Ring 20 kann beispielsweise durch ein Gießverfahren hergestellt oder aus Blechmaterial gestanzt werden und nach dem Stanzen mit Ausnehmungen versehen sein.

Da im Betrieb des Heißgasmotors der Erhitzer 9 eine Temperatur von 700°C oder höher annimmt, wird der Ring 20 einer bedeutenden thermischen Ausdehnung ausgesetzt. Ist der Ring an den Rohren 16 und/oder 18 befestigt, so können wegen dieser Ausdehnung Materialspannungen auftreten namentlich an der Stelle der Befestigung mit der möglichen Folge von Rißbildung am Ring 20 und, was schlimmer ist, Undichtigkeit der Erhitzerrohre 16 und 18, wodurch Arbeitsmedium aus dem Motor entweicht- Um dies zu vermeiden kann der Ring in eine Anzahl unabhängiger Segmente 20' aufgeteilt werden, die dann je eine verhältnismäßig kleine absolute Ausdehnung aufweisen und daher kaum Materialspannung verursachen werden. Ein derartiges Ringsegment kann ausgebildet sein, wie dies in F i g. Ib dargestellt ist.

In Fig. 2a ist ein Heißgasmotor dargestellt, der in großen Zügen dem nach Fi g. la entspricht und wobei daher für entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet wurden.

Bei dem betreffenden Heißgasmotor ist um jedes der sich an der Regenerator 8 anschließenden Enden der ersten Rohre 16 eine mit Flossen versehene Büchse 21 aus wärmeleitendem Material angeordnet. Die Verbrennungsgase strömen zunächst an den oberen Teilen der ersten Rohre 16 bzw. an den zweiten Rohren 18 entlang und danach an den unteren Teilen der Rohre 16, wodurch ein guter Wärmeaustausch durch die Büchsen 21 gewährleistet ist. An der Stelle, wo die zweiten Rohre 18 einwärts abbiegen, sind zwischen den abbiegenden Rohrteilen und den betreffenden geradeausgehenden Teilen der ersten Rohre 16 Ringsegmente 20' angeordnet die mit den Büchsen 21 ein Ganzes bilden und aus demselben Material hergestellt sind. Die F i g. 2b und 2c zeigen Ausführungsformen eines derartigen Büchsenringsegmentgefüges. Durch die Ausnehmungen in den Ringsegmenten 20', welche die betreffenden Rohrteile wieder teilweise und mit Spielraum umgeben, werden die Verbrennungsgase wieder gezwungen, durch die spaltförmigen Kanäle zwischen den Wänden dieser Ausnehmungen und den betreffenden Rohrteilen hindurchzuströmen und es ist auch für diese Rohrteile ein guter Kontakt mit den Verbrennungsgasen und damit eine große Wärmeübertragung gewährleistet.

Dadurch, daß die Büchsen 21 und die Ringsegmente 20' als ein Ganzes aus demselben Material ausgebildet sind, wird einerseits der Vorteil einer verhältnismäßig billigen Herstellung erhalten, weil das Gefüge in einem Vorgang, beispielsweise gegossen werden kann, andererseits ist die Montage des Gefüges statt der beiden einzelnen Komponenten zeitersparend. Dadurch, daO weiter die Ringsegmente mit den Büchsen thermisch verbunden sind, steigt iin Betrieb des Motors die Temperatur dieser Segmente nicht zu stark und besteht weniger Gefahr, das sie korrodieren.

Aus dem Oberstehenden dürfte es einleuchten, daQ die Erfindung einen Heißgasmotor schafft, bei dem auf wirtschaftliche Weise die ganze verfügbare Oberfläche der Erhitzerrohre bei der Wärmeübertragung zwischen den Verbrennungsgasen und dem Erhitzer des Motors verwendet wird.

Hierzu 5 B'att Zeichnungen

Claims (1)

1. ρ
   Patentansprüche:

   sionsraüm mT, i

   ^nS ge"r m tt er?r
   einem dam™ X
   ebenfalk ™

   ^{einem Kom}P^res"

   f ^{mit mindestens}